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JP2014078762A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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JP2014078762A
JP2014078762A JP2014019564A JP2014019564A JP2014078762A JP 2014078762 A JP2014078762 A JP 2014078762A JP 2014019564 A JP2014019564 A JP 2014019564A JP 2014019564 A JP2014019564 A JP 2014019564A JP 2014078762 A JP2014078762 A JP 2014078762A
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insulating film
interlayer insulating
contact hole
resin material
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Kenji Fukunaga
健司 福永
Hideomi Suzawa
英臣 須澤
Misako Hirosue
美佐子 廣末
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

【課題】コンタクトホールを微細化する。この時、微細化されたコンタクトホールであっても、半導体装置における電極のコンタクトを確実なものとする。
【解決手段】珪化膜と樹脂材料膜とからなる多層の層間絶縁膜を形成する。その後、コンタクトホールを形成する。このとき、珪化膜に設けられるコンタクトホールの大きさを樹脂材料膜に設けられるコンタクトホールの大きさよりも小さくする。このような構成は、パターンが複雑化してもコンタクトのとりやすいものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する発明は、樹脂材料を層間絶縁膜に利用した半導体装置の構成に関す
る。またその作製方法に関する。
従来よりガラス基板や石英基板上に形成された薄膜半導体を用いて薄膜トランジスタを
作製する技術が知られている。
図３（Ａ）〜（Ｂ）に従来より知られている薄膜トランジスタの作製工程を示す。図３
に示すのは、アクティブマトリス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジ
スタの作製工程である。
まずガラス基板や石英基板３０１上に下地膜３０２として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ
法により３０００Åの厚さに成膜する。
次に薄膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜として図示しない非晶質珪素膜
をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。非晶質珪素膜の厚さは５００〜１
５００Å程度の厚さに選択される。
図示しない非晶質珪素膜を成膜したら、加熱処理またはレーザー光の照射を行って非晶
質珪素膜を結晶化させる。こうして図示しない結晶性珪素膜を得る。
次にこの結晶性珪素膜をパターニングして、後に薄膜トランジスタの活性層となる領域
を形成する。（図３（Ａ）では３０３、３０４、３０５で活性層は示される）
次に活性層を覆ってゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３０６をプラズマＣＶＤ法
でもって成膜する。酸化珪素膜３０６の厚さは１０００〜１５００Åの厚さに選択される
。
さらにゲイト電極３０７を金属材料やシリサイド材料で形成する。こうして図３（Ａ）
に示す状態を得る。
さらにこの状態で不純物イオンのドーピングを行い、ソース領域３０３とドレイン領域
３０５とチャネル形成領域３０４とを自己整合的に形成する。さらに加熱処理やレーザー
光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域のアニールを行う。
次に第１の層間絶縁膜３０８として窒化珪素膜または酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で
もって成膜する。この第１の層間絶縁膜３０８の膜厚は２０００Å〜６０００Åの範囲か
ら選択される。
次にコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極およびそこ
から延在した配線３０９が形成される。（図３（Ｂ））
次に第２の層間絶縁膜３１０を酸化珪素膜や窒化珪素膜で形成する。この第２の層間絶
縁膜の厚さはその表面の平坦性を確保するために７０００Å以上の厚さとする。
さらにコンタクトホール３１１の形成を行う。こうして図３（Ｃ）に示す状態を得る。
そして画素電極を構成するＩＴＯ電極３１２を形成する。こうしてアクティブマトリク
ス領域の画素領域に配置される薄膜トランジスタ部分が完成する。
このような作製工程において、画素電極３１２を形成する状況において以下に説明する
ような問題が生じる。
近年、配線パターンや薄膜トランジスタのパターンの大きさが、ますます小さくなる傾
向になる。これは装置の集積化をさらに高めることが要求されているからである。またア
クティブマトリクス型の液晶表示装置においては、画素の開口率を高めるためにこのパタ
ーンを縮小化することが要求されている。
このようなパターンの縮小化を進めて行くと、３１１で示されるような開孔の大きさも
当然小さくする必要が生じる。しかし、コンタクトホール３１１を小さくしてゆくと、画
素電極３１２を形成する際にその構成材料（ＩＴＯ材料）が寸法の小さい開孔の中に被覆
性よく成膜されないという問題が生じる。そしてこの結果、必要とするコンタクトをとる
ことが困難になるという問題が生じる。
即ち、コンタクトホールが細長くなってしまうので、その内部においてコンタクトをと
るための材料が途中で切れたりしてしまう状態が生じ、結果としてコンタクト不良が発生
してしまう。
本明細書で開示する発明は、パターンの微細化に従って発生するコンタクト不良の問題
を解決する技術を提供することを課題とする。
本明細書で開示する発明の一つは、図１にその具体的な例を示すように、
多層に構成された絶縁膜１１４と１１６と１１７とを有した半導体装置であって、
前記多層膜の最上層１１７は樹脂材料でなり、
前記多層膜にはコンタクトホール１１９が形成されており、
前記コンタクトホール１１９の前記樹脂材料部分１００はオーバーエッチングされてい
ることを特徴とする。
上記の構成を採用することにより、パターンが微細化し、コンタクト部分の面積が小さ
くなっても電極１２０によるソース領域１１０へのコンタクトを確実なものとすることが
できる。また１００の部分をテーパー形状にすることで、この部分の電極（配線）１２０
の段切れを防止することができる。
また１１７として樹脂材料を用いることで、その表面の平坦性を確保することができる
。例えば１２０で示される画素電極を形成した最に部分的に画素電極から印加される電界
が乱れたりすることのない構成とすることができる。
他の発明の構成は、図１にその具体的な例を示すように、
珪化膜でなる絶縁膜１１６を形成する工程と、
前記珪化膜上に樹脂材料でなる絶縁膜１１７を形成し珪化膜１１６と樹脂材料１１７と
でなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜にコンタクトホール１１９を形成する工程と、
樹脂材料を選択的にエッチングする手段を用いて前記樹脂材料１１７を等方的にエッチ
ングし、前記コンタクトホール１１９の開孔部を広げ２０１で示される開孔を形成するる
工程と、
を有することを特徴とする。
樹脂材料だけを選択的にエッチングすることにより、１１９で示される開孔は間口の広
い、コンタクトのとり易い形状とすることができる。また、等方性のエッチングを用いる
ことにより、１００で示されるようなテーパー形状を形成することができ、その上に形成
される電極や配線が切断されることがない構成とすることができる。
珪化膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素から選ばれた膜を利用するこ
とができる。
図２（Ａ）に２０１で示されるように、コンタクトホールの間口の部分を広くすること
で、微細なパターンに対するコンタクトホールであってもコンタクトを容易にすることが
できる。特に図２（Ａ）に示す開孔２０１の形成は、先に形成された開孔１１９を利用し
て自己整合的に行われるので、新たなマスクを利用しなくてよいという特徴を有している
。そして装置の生産歩留りや信頼性を大きく高めることができる。
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置にのみ利用できる
ものではなく、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型のプラ
ズマディスプレイにも利用することができる。
また、微細化が進められているＩＣのような集積回路における多層膜構造に対しても十
分に応用することができる。
薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 従来における薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 コンタクトホールの形成工程を示す図。 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 コンタクトホールの形成工程を示す図。 コンタクトホールの形状を示す図。 多層配線構造を示す図。 コンタクトホールの形成工程を示す図。
本実施例では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜ト
ランジスタの作製工程を示す。
図１に本実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずガラス基板または石英基板
１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により、３０００Åの厚さ
に成膜する。
次に図示しない非晶質珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜は後に薄
膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜となる。この非晶質珪素膜の成膜は、プ
ラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜する。
次にレーザー光の照射または加熱処理により、図示しない非晶質珪素膜を結晶化させ、
結晶性珪素膜を得る。この結晶性珪素膜が後に薄膜トランジスタの活性層を構成する。
図示しない結晶性珪素膜を得たら、パターニングを施すことにより、薄膜トランジスタ
の活性層１０３を形成する。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
図１（Ａ）に示す状態を得たら、図３（Ａ）に示すようにゲイト絶縁膜として機能する
酸化珪素膜１０４をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この酸化珪素膜１０４の膜厚は
１０００Åとする。
さらに後にゲイト電極を構成するアルミニウム膜１０５を４０００Åの厚さに成膜する
。成膜方法はスパッタ法を用いる。こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。（以下図５に
従って工程を説明する）
図５（Ａ）に示すアルミニウム膜１０５中には、スカンジウムを0.1 〜0.3 重量％の割
合で含有させる。これは、後の工程においてアルミニウムの以上成長が進行し、ヒロック
やウィスカーと呼ばれる突起物が形成されてしまうことを抑制するためである。
アルミニウム膜１０５を成膜したら、その表面に１００Å厚程度の極薄い陽極酸化膜（
図示せず）を形成する。この陽極酸化膜は、電解溶液として３％のエチレングリコール溶
液をアンモニア水で中和したものを用いて行う。この陽極酸化膜の膜厚の制御は、印加電
圧を選択することによって行うことができる。
次に図５（Ｂ）に示すようにアルミニウム膜１０５をパターニングすることにより、ゲ
イト電極１０６を形成する。さらにゲイト電極１０６を陽極とした陽極酸化を再び行うこ
とによって、多孔質状の陽極酸化膜１０７を形成する。
この陽極酸化は、電解溶液として３％のシュウ酸水溶液を用いて行う。この陽極酸化工
程で形成される陽極酸化膜は、多孔質状を有したものとなる。またその成長距離は、数μ
ｍ程度までの間で選択することができる。なおこの場合の陽極酸化膜の成長距離は陽極酸
化時間により制御することができる。
こうして図５（Ｂ）に示す状態を得る。図５（Ｂ）に示す状態を得たら、再び緻密な陽
極酸化膜の形成を行う。即ち、電解溶液として３％のエチレングリコール溶液をアンモニ
ア水で中和したものを用い、ゲイト電極１０６を陽極として陽極酸化を行う。
この陽極酸化工程においては、緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。この工程では、
多孔質状の陽極酸化膜１０７に内部に電解溶液が侵入するので、ゲイト電極１０６の表面
を覆うようにして緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。
この緻密な陽極酸化膜１０８の膜厚は、５００Åとする。この緻密な陽極酸化膜は、ヒ
ロックやウィスカーの防止、さらに後に形成されるオフセットゲイト領域の形成に寄与、
といった役割を有している。
こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５（Ｃ）に示す状態を得たら、一導電型を付
与するための不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを
作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。
この不純物イオンの注入を行うことによって、ソース領域１０９とドレイン領域１１０
が自己整合的に形成される。（図５（Ｃ））
次に多孔質状の陽極酸化膜１０７を除去し、図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態で
、チャネル形成領域１１２、さらにオフセットゲイト領域１１１と１１３が画定する。
オフセットゲイト領域１１１と１１３は、多孔質状の陽極酸化膜１０７と緻密な陽極酸
化膜１０８の膜厚でもって形成される。
図５（Ｄ）に示す状態を得たら、レーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された
領域のアニールを行う。
次に図１（Ｂ）に示すように第１の層間絶縁膜１１４として窒化珪素膜をプラズマＣＶ
Ｄ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。そしてさらに第２の層間絶縁膜１１６として
酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。
次にソース領域１０９に通じるコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもっ
て、ソース電極およびそこから延在した配線１１５を形成する。
次に樹脂材料でもって第３の層間絶縁膜１１７を３μｍの厚さに形成する。この第３の
層間絶縁膜１１７は、その表面の平坦性を確保するためと、低比誘電率の材料を必要とす
ることから、樹脂材料を用いることが重要となる。
上記の平坦性を確保する必要性は、その表面に画素電極が形成されることに関係する。
即ち、画素電極を平坦な表面上に形成することで、液晶に印加される電界を均一なものと
し、表示に乱れのないものとするために上記の第３の層間絶縁膜の平坦性が必要とされる
。
また、樹脂材料は酸化珪素や窒化珪素に比較して低い比誘電率を有したものを選択でき
るので、後に形成される画素電極と薄膜トランジスタとの間に形成される容量の影響を低
減させることができ、この意味でも樹脂材料を用いることは重要となる。
樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７を成膜したら、フォトレジスト１１８をマスク
として、コンタクトホール（開孔）１１９を形成する。図１（Ｃ）
このコンタクトホール１１９の形成は、ドライエッチングによって行う。ここでコンタ
クトホール１１９は薄膜トランジスタの寸法の微細化に従って、小さなものとする必要が
ある。
例えば、コンタクト部分の寸法は１μｍφまたはそれ以下とすることが必要とされる。
しかし、コンタクトホール１１９は細長いものとなるので、ドレイン領域１１０に対して
直接コンタクトを採ることが困難になる。
そこで本実施例においては、図１（Ｃ）に示す工程において樹脂材料１１７にコンタク
トホール１１９を形成した後、さらに樹脂材料に対して選択的な等方的なエッチングをド
ライエッチングによって行う。
本実施例で注目すべきは、この等方的エッチングがフォトレジスト１１８を除去した後
に行われる点である。即ち、樹脂材料の選択的なエッチングが酸素雰囲気において容易に
実施できる点を利用する。
この工程によりコンタクトホール部（開孔部）１１９の樹脂材料でなる第３の層間絶縁
膜１１７の分だけが選択的にエッチングされ、その入口の部分が広げられたコンタクトホ
ール部２０１が形成される。（図２（Ａ））
このエッチングは、酸素を主成分とするガスを用いたプラズマエッチングによって行う
。
この際、樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７はその膜厚も減少する。また、等方的
に層間絶縁膜１１７が後退していくので、開口の縁の部分１００がテーパー状にあるいは
Ｒがついた状態となる。
このような形状とすることで、後にコンタクトをとるために形成される電極が縁部分で
段切れたりすることがない構成とすることができる。
このコンタクトホール部２０１の寸法は例えば２μｍφとすることができる。
こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。次に図２（Ｂ）に示すように画素電極２０２を
ＩＴＯでもって構成する。
この際、第３の層間絶縁膜１１７に樹脂材料を用いてその表面の平坦性を確保している
ので、画素電極２０２の平坦性をも確保することができる。また、第３の層間絶縁膜１１
７の膜厚を厚くし、その比誘電率を小さなものとすることができるので、図に示すように
画素電極と薄膜トランジスタ部とが重なるように画素電極を配置することができる。
さらに、コンタクトホール２０１の間口を大きくすることができるので、パターンを微
細化していった場合でも画素電極２０２とドレイン領域１１０とのコンタクトを確実なも
のとすることができる。
こうして図２（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置さ
れる薄膜トランジスタが完成する。
本実施例は、実施例１に示す構成において、下地膜１０２とゲイト絶縁膜１０４を共に
酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）で構成したことを特徴とする。
半導体でなる活性層１０３とそれを包む状態で配置される下地膜１０２及びゲイト絶縁
膜１０４との界面の状態は、薄膜トランジスタの動作に大きな影響を与える。
一般に下地膜としては、酸化珪素膜等が利用される。しかし、その膜質に特に注意が払
われるものではない。一方ゲイト絶縁膜については、薄膜トランジスタの特性を大きく左
右するものとしてその膜質に大きな注意が払われている。
本発明者等の知見によれば、活性層の下に位置する下地膜についてもゲイト絶縁膜と同
様にその膜質について大きな注意は払うことが必要である。これは、下地膜の膜質が薄膜
トランジスタの長期の信頼性に対して大きな影響を与えることに起因する。
そこで本実施例においては、電気的な安定性に優れた酸化窒化珪素膜を下地膜とゲイト
絶縁膜とに用いることによって、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
酸化窒化珪素膜の作製方法としては、ＴＥＯＳガスにＮ2 Ｏガスを混合したガスを用い
たプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
また酸素とアンモニアとを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって成膜するこ
ともできる。
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
図４に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図４（Ａ）に示すように酸化珪素膜また
は窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層
間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線
、また他の絶縁層とすることは任意である。
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０
２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３
を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂
材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図４（Ａ））
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２
とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッ
チングによって行う。
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので
、４０５で示されるような開孔が形成される。（図４（Ｂ））
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマ
スク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその
膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるような
テーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄
くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さら
にコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
こうして図４（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５
を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６で示されるような、コンタクトの
とりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
即ち、特に新たにマスクを用いずに図４（Ｄ）に示すような断面形状を有した開孔を形
成することを特徴とする。
また本実施例に示す構成においては、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２の膜厚が
薄くなることがない点も特徴である。
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
図６に本実施例の開孔の形成方法を示す。図６はソース／ドレインコンタクトホール部
の拡大図である。
図６（Ａ）の構造は、まず活性層６０１上に酸化珪素膜からなるゲイト絶縁膜６０２が
1500Åの厚さに積まれ、その上に窒化珪素からなる第１の層間絶縁膜６０３が3000Åの厚
さに、酸化珪素膜からなる第２の層間絶縁膜６０４が3000Åの厚さに積まれている。
さらに、その上には樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が３μｍの厚さに積まれ
ている。
この状態において、ＴＦＴの全体図は図１（Ｂ）の様な構造となっている。
次に、図６（Ａ）に示す様に第３の層間絶縁膜６０５の上に金属薄膜６０６を500 〜20
00Åの厚さに形成する。この金属薄膜６０６は後に第１、第２、第３の層間絶縁膜６０３
、６０４、６０５をドライエッチングする際のマスクとしての役割を持つ。
本実施例では、金属薄膜６０６としてスパッタ法によりＴｉ（チタン）を500 Åの厚さ
に形成した。
次に、フォトレジスト６０７でマスクして金属薄膜６０６を選択的にエッチングする。
このエッチングは、SiCl4 、Cl2 、BCl3をエッチングガスとしてドライエッチング法によ
り行う。ガス圧力は80mTorr 、印加電力は1400Ｗとする。
以上の工程により、図６（Ａ）の状態が得られる。図６（Ａ）の状態が得られたら、フ
ォトレジスト６０７を専用の剥離液で除去する。
次に、図６（Ｂ）に示す様に、ゲイト絶縁膜６０２及び第１、第２、第３の層間絶縁膜
６０３、６０４、６０５をＲＩＥモードのドライエッチング法によりエッチングする。こ
のエッチングはエッチングガスを切り換えることで連続的に行うことができる。
エッチングは13.56MHzの高周波パルスで形成されたプラズマを利用して行う。エッチン
グガスはＯ2 ：75sccmとＣＦ4 ：25sccmを用い、ガス圧力は100mTorrとする。また、印加
電力は500 Ｗとする。
こうして、図６（Ｂ）に示す様に活性層６０１のコンタクト部が露出した状態が得られ
る。この状態ではコンタクトホールの径が１μｍφ程度であるのに対して、コンタクトホ
ールの深さは約3.8 μｍとなり、非常に活性層とのコンタクトを取りにくい構造となって
いる。
そこで、図６（Ｂ）の状態でＯ2 プラズマを用いた等方的なプラズマエッチングを行う
。すると、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が選択的にエッチングされ、図６（
Ｃ）の様な状態が得られる。
この時、金属薄膜６０６と第３の層間絶縁膜６０５との密着性が良く、第３の層間絶縁
膜６０５とその下に位置する他の絶縁膜（ゲイト絶縁膜６０２、第１、第２の層間絶縁膜
６０３、６０４）との選択比が５以上であることが望ましい。
上記の条件を満たす場合、図７（Ａ）に示す様な形状が得られる。また、選択比が５以
上であっても、密着性に欠ければ図７（Ｂ）の様になだらかなテーパー７０１が形成され
、必要以上に大きく拡がった形状となる。これでは、素子の微細化を進める上で障害とな
る。
また逆に、密着性が良くても選択比に差がなければ図７（Ｃ）の様に全ての絶縁膜が同
時にサイドエッチングされる。また、選択比が１以下であれば図７（Ｄ）の様なえぐれ部
分７０２が形成されてしまう。
図６（Ｃ）の状態が得られたら、ドライエッチング法により金属薄膜６０６を除去する
。次いで、配線または電極となる導電性薄膜６０８を形成すれば、図６（Ｄ）の状態が得
られる。
本実施例が特徴とするのは、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５のサイドエッチ
ングを利用して、コンタクトのとりやすい形状から構成される開孔部を形成することにあ
る。
また、本実施例において、図６（Ｂ）の状態で樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０
５をエッチングする工程から、図６（Ｃ）の状態で金属薄膜６０６を除去する工程までを
連続的に行えることも特徴である。
即ち、上記複数の工程を全てドライエッチングで行った場合、エッチングガス等の条件
をプログラムで自動変更することにより、大気開放せずにコンタクトホールを形成するこ
とが出来る。
このことは、スループットの向上と同時に生産歩留りの上昇といった効果を付与する点
で重要である。
本実施例は、実施例４において、金属薄膜の代わりに珪化膜でなる絶縁膜を用いた場合
の例である。珪化膜でなる絶縁膜はエッチング除去が金属薄膜よりも容易、かつ、簡便で
あるため汎用性が高い利点を有する。
上記の珪化膜でなる絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜（Ｓｉ
Ｏx Ｎy ）が挙げられる。これらの絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法等の手段
により形成する。
また、ＰＳＧやＢＳＧ等に代表される酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いてスピン法に
よる被膜形成を行っても良い。スピン法による被膜形成は以下の手順で行う。
まず、被膜形成用塗布液を基体上に塗布した後、基体を保持するステージを回転させる
。この行程において余分な被膜形成用塗布液は全て排除され、基体上には薄く、均一な被
膜が形成される。また、ステージの回転数を変えることで、所望の膜厚の被膜を形成する
ことができる。
次に１５０℃程度のベークを行い、塗布された被膜の晶質化を行う。この際、ベークの
温度や時間を変えることで被膜の膜質を調節することが可能である。
以上の様に、スピン法による場合、比較的簡便に酸化珪素膜を形成することができる。
即ち、スループットを大幅に向上することが可能である。
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する
例である。単結晶珪素ウエハーを用いた集積回路において、その集積化を高めるために、
素子を多層に構成し、また配線も多層に構成することが必要とされている。
このような多層構造においてもコンタクトを確実にとることが要求される。そこで、本
明細書に開示する発明を利用することにより、微細で多層に構成された集積回路において
も確実なコンタクトをとることができる。
図８に例として３層構造からなる集積回路の構成を示す。まず、金属材料からなる第１
の配線電極８０１を形成する。ここでは、第１の配線電極８０１の下側の層は特に示さな
いが、第１の配線電極８０１の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とする
ことは任意である。
次に、第１の配線電極８０１を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０２を形成し、さらにそ
の上に樹脂材料からなる絶縁膜８０３を形成する。
前記絶縁膜８０２及び８０３からなる積層膜は第１の層間絶縁膜として機能する。
次に、第１の層間絶縁膜にコンタクトホール８０４を形成して、図８（Ａ）の状態を得
る。
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０３を選択的にオーバーエッチングしてコンタクト
ホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い
。
次に、金属材料からなる第２の配線電極８０５を形成して、図８（Ｂ）の状態を得る。
この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第１の配線電極８０１とのコン
タクトが取れる。
図８（Ｂ）の状態を得たら、第２の配線電極８０５を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０
６を形成し、さらにその上に樹脂材料からなる絶縁膜８０７を形成する。
前記絶縁膜８０６及び８０７からなる積層膜は第２の層間絶縁膜として機能する。
次に、第２の層間絶縁膜にコンタクトホール８０８を形成して、図８（Ｃ）の状態を得
る。
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０７を選択的にオーバーエッチングしてコンタクト
ホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い
。
次に、金属材料からなる第３の配線電極８０９を形成して、図８（Ｄ）の状態を得る。
この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第２の配線電極８０５とのコン
タクトが取れる。
本実施例は図８（Ｄ）に示す様に、三層の配線電極を内包する多層構造の例であるが、
集積化に伴ってさらに積層回数が増した場合についても応用が効くことは言うまでもない
。
以上の様に、本明細書で開示する発明を利用することで、層毎に平坦性を確保するこが
でき、また確実なコンタクトを採ることができ、また配線の信頼性を高めることができる
。
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する
例である。実施例５との相違点は、一部の配線電極同士の接続をＷ（タングステン）の選
択成長を利用して行う点である。
Ｗの選択成長技術は、配線形成技術、特にその微細加工技術の一つとしてここ数年注目
されてきた技術である。
概要は、主に原料ガスとしてＷＦ6 とＳｉＨ4 とを用いた熱ＣＶＤ法により、Ｗの薄膜
を選択的に成膜するものである。
この際、酸化珪素膜上に成膜されにくいという特徴がある。
即ち、酸化珪素膜に形成されたコンタクトホールの内部のみを選択的にＷで埋め込むこ
とが可能であり、集積回路の設計においてコンタクトホールのマージンを稼ぐことができ
るという利点がある。
だがこの技術は比較的高温で行われるため、樹脂材料を層間絶縁膜として用いることが
困難となる場合が多い。
また、深いコンタクトホールにＷを埋め込む場合にスループットの低下といった問題も
発生する。
従って、最終的な高温加熱工程の後に層間絶縁膜として樹脂材料を用いて本発明を実施
することは、特に回路設計の上で有利である。
例えば、浅いコンタクトホールはＷの選択成長で埋め込み、深いコンタクトホールが必
要な場合は、予め汎用性の高い樹脂材料を層間絶縁膜として用いて本発明を利用すれば良
い。
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
図９に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図９（Ａ）に示すように酸化珪素膜また
は窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層
間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線
、また他の絶縁層とすることは任意である。
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０
２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３
を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂
材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図９（Ａ））
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２
とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッ
チングによって行う。
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので
、４０５で示されるような開孔が形成される。（図９（Ｂ））
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマ
スク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその
膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるような
テーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄
くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
また、アッシングの後にさらにドライエッチングを行うことで、９０１で示されるよう
なテーパーを有した形状に酸化珪素膜または窒化珪素膜でなる第１の層間絶縁膜４０１の
開孔を広げる。
こうして図９（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さら
にコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
こうして図９（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５
を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６、９０１で示されるような、コン
タクトのとりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
１０１ ガラス基板（または石英基板）
１０２ 下地膜（酸化珪素膜）
１０３ 活性層
１０４ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１０５ アルミニウム膜
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質状の陽極酸化膜
１０８ 緻密な陽極酸化膜
１０９ ソース領域
１１０ ドレイン領域
１１１、１１３ オフセットゲイト領域
１１４ 第１の層間絶縁膜（窒化珪素膜）
１１５ ソース電極（ソース配線）
１１６ 第２の層間絶縁膜（酸化珪素膜）
１１７ 第３の層間絶縁膜（樹脂材料）
１１８ フォトレジスト
１１９ コンタクトホール（開孔）
２０１ コンタクトホール（開孔）
１００ 開孔の縁の部分
２０２ 画素電極（ＩＴＯ電極）
６０６ 金属薄膜
７０１ テーパー部分
７０２ えぐれ部分

Claims (2)

  1. トランジスタ上に珪化膜を形成し、
    前記珪化膜上に樹脂膜を形成し、
    前記樹脂膜上にフォトレジストを形成し、
    前記フォトレジストをマスクとして、垂直方向に異方性を有するエッチングをすることにより、前記樹脂膜及び前記珪化膜を順次エッチングしてコンタクトホールを形成し、
    酸素プラズマを用いた等方性を有するエッチングをすることにより、前記レジストマスク及び前記樹脂膜をエッチングして、前記樹脂膜に形成された前記コンタクトホールの形状をテーパー又はＲがついた形状に加工し、
    前記レジストマスクを除去し、
    前記樹脂膜上に電極又は配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 請求項２において、
    前記珪化膜は窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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